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Analysis of cell growth using micromanipulator with micro force sensor

Research Project

Project/Area Number 19K04310
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research Institution防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)

Principal Investigator

Horade Mitsuhiro  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (30583116)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsマイクロマシン / マイクロロボット / 微小力センサ / 細胞操作 / 画像解析 / MEMS / MEMS / 細胞解析
Outline of Research at the Start

本研究では,マイクロスケールで細胞の局所を掴む,押す等の力学刺激を直接定量的に付与可能なマイクロロボティクスにより,細胞形状を高精度に時空間解析するアプローチで,細胞成長促進メカニズムを解明することを目的とする.本研究で使用するマイクロロボットは,細胞を自在にマニピュレーションし,さらにその反力を計測することが可能なロボットを利用する.マイクロロボティクスならではの超精密・高スループット計測技術を発揮して,新たな現象発見や学理構築に繋がる方法論を提示したい.

Outline of Final Research Achievements

By installing an end effector equipped with a microforce sensor at the tip of a micromanipulator that excels in three-dimensional fine operation, not only gripping the object but also reaction force is measured. Finally, we confirmed the gripping of an object on a 20-200 μm scale. Furthermore, this time, a pushing test was carried out on plant roots with a diameter of 150-170 μm, and even the measurement of reaction force could be carried out. We were able to obtain the correlation between the pushing amount and the reaction force, which is called the force curve. Furthermore, although it is thought that the adhesive force had an effect, different curves were drawn between the unloading process after pushing and the loading process. It was confirmed that it is possible to measure by implementing a new approach of combining a micromanipulator and a microforce sensor.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ナノマイクロスケールのシステムやロボティクスを用いて細胞操作を行う方法としては,マイクロ流体デバイスが良く用いられている,しかし,接着細胞の評価,立体的な組織など,流体デバイス内で操作が困難なサンプルが扱えなかった.本研究では立体的な組織の操作が容易なマイクロマニピュレータに着目し,さらにセンサを搭載するアプローチで細胞の硬さ等の判断ができることが示唆された.本成果を活かすことで,培養中の細胞硬さを調べたり,立体的な生体組織の評価等,今後新たに対応できる可能性の対象物が増えたと言える.引き続きこの取り組みを続け,今後は培養中の細胞硬さを調べるといった応用に期待がもてる.

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Research on fabrication method for floating structures using general photolithography with high versatility2021

    • Author(s)
      Horade M、Yamada K、Yamawaki T、Yashima M
    • Journal Title

      Journal of Micromechanics and Microengineering

      Volume: 31 Issue: 12 Pages: 125004-125004

    • DOI

      10.1088/1361-6439/ac2d9b

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A microchannel device for root hair isolation and behavior analysis2021

    • Author(s)
      Horade M、Nishimura S、Yamawaki T、Yashima M
    • Journal Title

      Journal of Micromechanics and Microengineering

      Volume: 31 Issue: 11 Pages: 115003-115003

    • DOI

      10.1088/1361-6439/ac2bb0

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Establishment of cell patterning method utilising nanopore structure with cell non-adhesive effect2020

    • Author(s)
      Horade M
    • Journal Title

      Journal of Micromechanics and Microengineering

      Volume: 30 Issue: 3 Pages: 035001-035001

    • DOI

      10.1088/1361-6439/ab650f

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] マイクロ流路チップの三次元化2020

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Journal Title

      化学とマイクロ・ナノシステム学会誌

      Volume: Vol.19, No.1 Pages: 6-6

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 表面ナノスケール凹 凸による付着力低減 デバイスへの応用2022

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Organizer
      2022年度精密工学会春季大会講演
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 微小力計測を目的と したマニピュレータ へのひずみゲージ実 装に関する研究2022

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Organizer
      2022年度精密工学会春季大会講演
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] RESEARCH ON THE FABRICATION OF HIGHLY TRANSPARENT PLASTIC MICROSTRUCTURES WITH MULTI-STAGE STRUCTURES2021

    • Author(s)
      Mitsuhiro Horade, Kei Yamada, Tasuku Yawamaki, Masahiro Yashima
    • Organizer
      The 25th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マイクロ流路を用いた植物根の伸長挙動解析2021

    • Author(s)
      洞出光洋, 西村空, 佐藤健太, 山脇輔, 八島真人
    • Organizer
      第38回「センサ・マイクロマシンと応用シンポジウム」
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 高精度細胞マニピュレーションのためのマイクロ流路デバイスの設計開発2021

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Organizer
      文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム令和3年度利用成果発表会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノスケールポアアレイ構造による細胞の接着防止効果に関する実験的考察2020

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Organizer
      第37回「センサ・マイクロマシンと応用シンポジウム」
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] HARDNESS MEASUREMENT BY MICROMANIPULATOR WITH EMBEDED SEMICONDUDTOR STRAIN GAUGE.2020

    • Author(s)
      Mitsuhiro Horade
    • Organizer
      The 24th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS2020).
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新規細胞パターニング法の開発2020

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Organizer
      文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム利用成果発表会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 髪の毛より細いナノ・マイクロの世界で活躍する機械とロボット2020

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Organizer
      令和2年度産学交流セミナー
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 半導体ひずみゲージ搭載型マイクロマニピュレータを用いた細胞変形性能計測2019

    • Author(s)
      洞出光洋,田畑修
    • Organizer
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 細胞局所刺激・応答計測可能なナノマイクロツール開発への挑戦2019

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Organizer
      CUPAL若手研究者による研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] マイクロファブリケーション技術に基づく細胞特性計測チップの開発2019

    • Author(s)
      洞出光洋
    • Organizer
      第20回医実医大研究交流会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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